DE3842579A1 - Fuellmaschine zum abfuellen von fluessigkeiten in gefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllmaschine zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Gefäße, insbesondere zum Abfüllen von Getränken in Flaschen, Dosen und dgl., mit einer definierten Füllmenge und/oder -höhe.

Füllmaschinen dieser Art sind vorzugsweise als Rundläufermaschinen ausgebildet und besitzen an ihrem rotierenden Füllmaschinenkessel eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Füllventilen, denen die Gefäßmündungen zugeführt werden. Die Füllventile selbst arbeiten mechanisch, d. h. sie werden durch von außen betätigbare Steuerelemente geöffnet und geschlossen. Der Ventilkörper selbst öffnet bei einem Gleichdruck zwischen dem Innenraum des Gefäßes und des Füllmaschinenkessels.

Diese Arbeitsweise wird bei den klassischen Vorevakuierungsfüllern mit Rückgasrohr und/oder Füllrohr verwendet, wobei die Flüssigkeit nach Evakuieren der Flasche und Vorspannen ihres Innenraumes auf den im Füllmaschinenkessel herrschenden Druck durch automatisches Öffnen des Füllventils befüllt wird. Sobald die abzufüllende Flüssigkeit in der Flasche die Öffnungsbohrung des Rückgasrohres erreicht, wird diese durch den Flüssigkeitsspiegel automatisch geschlossen, so daß ein weiterer Gasaustausch durch diese Rückluft- bzw. Rückgasbohrung nicht mehr stattfinden kann. Damit ist der Füllvorgang beendet. Anschließend erfolgt die Entlastung des in der Flasche anstehenden Überdrucks gegenüber der Atmosphäre, wobei besondere Kanäle vorgesehen sind, die den Raum der Flasche oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit der Außenluft in Verbindung setzen. Derartige Füllmaschinen bzw. Füllventile haben sich in einem sehr starken Maße durchgesetzt. Sie sind beispielsweise bekannt durch die DE-OS 27 27 723 und die DE-OS 27 27 724. Neben diesen Füllmaschinen sind weitere Füllmaschinen bekannt geworden, deren Füllelemente mit einem aus dem Füllelementkörper nach unten in das angepreßte, zu füllende Gefäß ragenden Füllrohr und einem im Bereich des Füllrohres angebrachten Schaltorgan ausgestattet sind. Dieses dient zum Steuern des im Inneren des Füllelementes angeordneten Flüssigkeits­ ventils in Schließstellung bei Erreichen einer bestimmten Füllhöhe im Gefäß. Dabei ist das Schaltorgan ein an der Außenseite des Füllrohres angebrachter, gegenüber dem Füllrohr elektrisch isolierter elektrischer Leiter. Hierbei dient die aufsteigende Flüssigkeit als Leitelement und schließt somit einen Kontakt zur Ansteuerung des zugeordneten Ventilschließelements. Die Flüssigkeit ist dabei als galvanischer Leiter anzusehen. Insbesondere bei der Abfüllung von verschiedenartigen Flüssigkeiten bestehen unterschiedliche Leitfähigkeitsmerkmale, die demzufolge auch eine erhebliche Beeinflussung des betreffenden Schließvorganges ausüben. Andererseits sind insbesondere bei schäumenden Flüssigkeiten bereits im Schaumbereich entsprechende Leitfunktionen möglich, so daß die vorgenannte Methode mit erheblichen Mängeln behaftet ist, die nur durch erhebliche technische Anstrengungen und entsprechend komplizierte Ventilausgestaltungen ausgeräumt werden können. Derartige Füllventile sind beispielsweise aus der DE-OS 30 01 099 bekannt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Füllmaschine bzw. ein Füllventil der vorgenannten Art derart auszubilden, daß die Ansteuerung des eigentlichen Ventilkörpers unabhängig von der Leitfähigkeit der abzufüllenden Flüssigkeit ausgeführt werden kann und physikalische Bedingungen auszunutzen, die eine besonders exakte Ermittlung des Flüssigkeitsspiegels und eine eindeutige Trennung zwischen Medium Luft und Flüssigkeit zulassen. Dabei soll gleichzeitig eine wesentliche Vereinfachung der erforderlichen Schaltelemente gegeben sein.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Füllmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die abzufüllende Füllmenge und/oder Füllhöhe durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit zwischen der in dem Behälter und/oder Füllstutzen herrschenden Umgebungsgas und der abzufüllenden Flüssigkeit bestimmbar ist.

In eigenständiger Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein überhitztes Widerstandselement und/oder ein thermisch ansprechender Widerstand innerhalb des von der in dem Gefäß ansteigenden Flüssigkeit umströmten Raumes angeordnet ist. In selbständiger Ausgestaltung wird ferner vorgeschlagen, daß innerhalb des Abfüllweges der Flüssigkeit im Bereich der vorbestimmbaren Füllhöhe ein Sensorelement mit einem überhitzten Widerstandselement angeordnet ist.

Als besonders zweckmäßig wird dabei in ebenfalls selbständiger Ausbildung der Erfindung bei einer Füllma­ schine der bekannten Art mit einem Ventilkörper und einem Rückluft- und/oder Füllrohr angesehen, daß am Innen- und/oder Außenmantel des Rückluftrohres und/oder Sensorträgers ein überhitztes Widerstandelement angeordnet ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergehen aus den weiteren Ansprüchen.

Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung ist die eingangs gestellte Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise erfüllt. Durch die während des Befüllungsprozesses innerhalb des Behälters und/oder des Füllstutzens herrschende Temperatur der Umgebungsluft und der abzufüllenden Flüssigkeit kann die betreffende Wärmeleitfähigkeit exakt gemessen werden, wobei selbst die hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Vorspannluft keinen Einfluß auf das anschließende Meßergebnis auslösen können. Das innerhalb der Strömungswege angeordnete überhitzte Widerstandselement kann dabei in beliebiger Weise auf die entsprechenden Temperaturdifferenzen eingestellt werden, so daß ein ausreichender Spielraum vorhanden ist, der jedwede Fehlschaltungen ausschließt.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei das Ausführungsbeispiel eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung darstellt und sich auch auf Gegendruckfüllmaschinen mit oder ohne Füllrohr bezieht. Es sind jedoch im Rahmen des Offenbarten auch Füllmaschinen geeignet, die ohne Gegendruck arbeiten.

In der Zeichnung ist das Füllelement der Füllmaschine vereinfacht dargestellt. Es besteht vorzugsweise aus einem in axialer Richtung auf- und abbewegbaren Ventilkörper 1, welcher aufgrund des im Kessel 2 anstehenden Überdrucks in geschlossener Position gehalten ist. Unterhalb des Ventilkörpers 1 befindet sich ein Flüssigkeitsaustritts­ gehäuse 3 mit dem eigentlichen Flüssigkeitsaustritts­ kanal 3′ und einer daran angepreßten Zentriertulpe 4 zum Abdichten der unter das Füllelement gefahrenen zu befüllenden Flasche 5. Das Gehäuse 3 ist mit dem Kessel 2 verbunden und weist einen Rohransatz 6 zur Zentrierung des Ventilkörpers 1 auf. Von diesem Gehäuse 3 führt eine Evakuierungsleitung 7 sowie eine Entlastungsleitung 8 zu den zugeordneten Ventilen 9, 10, die von außen ansteuerbar sind. Ferner nimmt dieses Gehäuse im unteren Bereich das eigentliche Rückgasrohr 11 auf, welches durch das Gehäuse 3 mit der sich daran anschließenden Vorspannleitung 12 verbunden ist. Ein verlängertes Rückgasrohr 11′ kann eine Verdickung mit einem Abweisschirm 13 aufweisen, welcher dazu vorgesehen ist, die einfließende Flüssigkeit in nahezu laminarer Strömung der Flascheninnenwand zuzuleiten. Das Rückgasrohr 11 bzw. 11′ endet mit der Anschnittöffnung 14.

Sobald eine Flasche 5 unter das eigentliche Füllelement verfahren worden und mittels Zentriertulpe abgedichtet unterhalb des Füllventils gehalten ist, wird zunächst eine Evakuierung der in der Flasche vorhandenen Umgebungsluft durch Zuschalten des Ventils 9 durch die Evakuierungsleitung 7 veranlaßt, wobei die Evakuierung im Anschluß an die Leitung 7 durch das Rückgasrohr 11 vorgenommen werden kann. Nach Abschluß dieses Verfahrensschrittes erfolgt die eigentliche Vorspannung des Flaschenraumes durch Öffnen des nicht dargestellten Vorspannventils, so daß der Druck durch die Vorspann­ leitung 12 und das Rückgasrohr 11 sich innerhalb des Fla­ schenhohlraumes 18 aufbauen kann. Sobald Gleichdruck zwi­ schen Flascheninnenraum und Füllmaschinenkessel 2 herrscht, öffnet eine nicht weiter dargestellte Druckfeder selbsttätig das Flüssigkeitsventil durch Anheben des Ventilkörpers 1 innerhalb eines vorbestimmten Hubweges. Die Flüssigkeit kann nun mit geringer Anfangsgeschwindigkeit oder auch gleich mit voller Befüllungsgeschwindigkeit in die Flasche eingeleitet werden. Dabei steigt der Flüsskeitsspiegel 15, 17 mit entsprechend hoher Geschwindigkeit innerhalb der Flasche 5 an. Die exakte Füllhöhe wird dann durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit zwischen der in dem Behälter und/oder Füllstutzen herrschenden Temperatur der Umgebungsluft und der abzufüllenden Flüssigkeit bestimmt. Zu diesem Zwecke ist ein überhitztes Widerstandselement 16 und/oder ein thermisch ansprechender Widerstand innerhalb des von der in der Flasche 5 ansteigenden Flüssigkeit umströmten Raumes angeordnet. Dieses überhitzte Widerstandselement 16 kann am Innen- und/oder Außenmantel des Rückluftrohres 11′ beziehungsweise an einem gesonderten Sensorträger angeordnet sein. Der Sensor ist auch in diesem Falle ein elektrischer Widerstandsdraht von äußerst geringer Länge und einem entsprechend geringen Durchmesser, der sich am Ende der Sonde bzw. des Rückgasrohres befindet. Die erforderliche elektrische Versorgungsleitung ist in diesen Elementen integriert. Der Widerstandsdraht ist dabei zweckmäßig parallel zur Flüssigkeitsoberfläche orientiert. Sein Ohmscher Widerstand ist erheblich größer als der Widerstand der Zuleitungen. Seine Joulsche Wärme wird durch Wärmeleitung an das umgebende Fluid abgegeben. Solange sich der Draht in Luft bzw. Schaum befindet, ist die Abkühlung des Drahtes durch Wärmeleitung infolge natürlicher Konvektion gering. Die Drahtabkühlung wird sprunghaft größer, wenn die Flüssigkeitsoberfläche den Draht erreicht. Die dann erfolgende Änderung des Drahtwiderstandes infolge der plötzlichen Verringerung der Drahttemperatur liefert das gewünschte Spannungssignal mit äußerst steiler Flanke, welches zur Beendigung des Füllvorganges bzw. zur Ansteuerung des Füllventils im schließenden Sinne verwertet wird. Durch die Wahl eines genügend hohen Schwellwertes für die Schaltung selbst wird verhindert, daß eine vorzeitige Schaltung, z.B. durch Flüssigkeitsspritzer oder dgl., ausgelöst wird.

Anstelle des im Sensorträger bzw. Rückgasrohr 11′ ange­ ordneten Widerstandselement 16 kann auch ein von der aufsteigenden Flüssigkeit berührbarer, thermisch ansprechender Schichtwiderstand vorgesehen sein. Die Erfindung sieht ferner vor, daß im Bereich der vorbe­ stimmbaren Füllhöhe mindestens zwei oder weitere höhenmäßig auf Abstand zueinander angeordnete thermisch ansprechende Elemente oder überhitzte Widerstandselemente 16 angeordnet sind, deren jeweiliges Signal in Abhänigkeit von der gewünschten Füllhöhe aktivierbar ist. Demzufolge kann bei unterschiedlichen Flaschen bzw. unterschiedlichen Problemstellungen das ein oder andere Signal zur exakten Füllhöhenbestimmung durch Schließen des Füllventils 1 ausgewertet werden. Zweckmäßig ist den die Füllmenge und/oder die Füllhöhe bestimmenden thermischen Elementen ein weiteres, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor- und/oder nachgeschaltetes thermisches Element zugeordnet, welches ein ständiges Signal zur Auswertung der Flüssigkeitstemperatur einem Mikroprozessor liefert, dessen weiterer Eingang das Signal des die Füllmenge und/oder Füllhöhe 18 ermittelnden thermischen Widerstandselement 16 erhält und ein an dessen Ausgang ein von der Flüssigkeitstemperatur unabhängiges Steuersignal ansteht. Die Wärmeabgabe kann auch mit Erreichen der Füllhöhe 18 und/oder Füllmenge signalisiert werden, wobei das abgegebene Signal einem Mikroprozessor zugeführt wird und diesem Mikroprozessor ein zweites Signal eines im Füllmaschinenkessel 2 angeordneten, nicht weiter darge­ stellten Temperaturgebers anliegt. Der Mikroprozessor ermittelt daraus ein zur vorgegebenen Temperatur vorgegebenes Signal zur Steuerung des Füllventils 1. Es ist weiter denkbar, daß als Widerstandelement ein Halbleiterelement angeordnet ist. Die bei allen Elementen erforderlichen elektrischen Zuleitungen 19 sind dabei in den jeweiligen Trägern bzw. dem jeweiligen Rückgasrohr 11, 11′ oder auch Füllrohr, welches ebenfalls dann am Außenmantel nit einem entsprechenden Widerstandselement 16 ausgestattet sein kann, integriert. Diese führen dann zu einem nicht weiter dargestellten Mikroprozessor, der die betreffenden Schaltvorgänge auslöst, wobei der Mikroprozessor selbst für unterschiedliche Eigenschaften des Füllgutes entsprechend ausgelegt sein kann.

Claims (11)

1. Füllmaschine zum Abfüllen von Flüssigkeiten in Gefäße, insbesondere zum Abfüllen von Getränken in Flaschen, Dosen und dgl. mit einer definierten Füllmenge und/oder -höhe, dadurch gekennzeichnet, daß die abzufüllende Füllmenge und/oder Füllhöhe durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit zwischen der in dem Behälter und/oder Füllstutzen herrschenden Umgebungsgas und der abzufüllenden Flüssigkeit bestimmbar ist.

2. Füllmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein überhitztes Widerstandselement und/oder ein thermisch ansprechender Widerstand innerhalb des von der in dem Gefäß ansteigenden Flüssigkeit umströmten Raumes angeordnet ist.

3. Füllmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Abfüllweges der Flüssigkeit im Bereich der vorbestimmbaren Füllhöhe ein Sensorelement mit einem überhitzten Widerstandselement angeordnet ist.

4. Füllmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensorelement ein von der aufsteigenden Flüssigkeit berührbarer, thermisch ansprechender Schicht-Widerstand vorgesehen ist.

5. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der vorbestimmbaren Füllhöhe mindestens zwei höhenmäßig auf Abstand zueinander angeordnete thermisch ansprechende Elemente und/oder überhitzte Widerstandselemente angeordnet sind, deren jeweiliges Signal in Abhängigkeit von der gewünschten Füllhöhe aktivierbar ist.

6. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß den die Füllmenge und/oder Füllhöhe bestimmenden thermischen Elementen ein weiteres, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor- und/oder nachgeschaltetes thermisches Element zugeordnet ist, welches ein ständiges Signal zur Auswertung der Flüssigkeitstemperatur einem Mikroprozessor liefert, dessen weiterer Eingang das Signal des die Füllmenge und/oder Füllhöhe ermittelnden thermischen Elementes erhält und an dessen Ausgang ein von der Flüssigkeitstemperatur unabhängiges Steuersignal ansteht.

7. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe mit Erreichen der Füllhöhe und/oder Füllmenge signalisierbar ist, wobei das abgegebene Signal einem Mikroprozessor zugeführt wird und an diesem Mikroprozessor ein zweites Signal eines im Füllmaschinenkessel angeordneten Temperaturgebers anliegt und dieser daraus ein zur vorgegebenen Temperatur proportionales Signal zur Ansteuerung des Füllventils liefert.

8. Füllmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem Ventilkörper und einem im Füllkanal und/oder Gefäßhals angeordneten Rückluftrohr und/oder Füllrohr, dadurch gekennzeichnet, daß am Innen- und/oder Außenmantel des Rückluftrohres und/oder Sensorträgers ein überhitztes Widerstandselement angeordnet ist.

9. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement als überhitzter Draht ausgebildet ist.

10. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement ein thermisch ansprechender Schicht-Widerstand am Sensorträger und/oder Rückgasrohr angeordnet ist.

11. Füllmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandselement ein Halbleiterelement angeordnet ist.